(57)【要約】  プラズマによる処理の効率が向上するとともに電極の耐久性が向上するプラズマ処理装置を提供する。第１の電極、第２の電極及び第３の電極は、流路の途中にある。第２の電極は、第１の電極より上流側にあり、第３の電極は、第１の電極より下流側にある。接続線路は、第１の電極をパルス電源の第１の極に接続し、第２の電極及び第３の電極をパルス電源の第２の極に接続する。第１の電極は、第１のガス通過面を横切り、第１のガス通過面の一部を占める。第２の電極及び第３の電極は、それぞれ、第２のガス通過面及び第３のガス通過面を横切り、第２のガス通過面及び第３のガス通過面の一部を占める。
2011065171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置であって、
流体が流れる流路を持つ構造体と、
前記流路の途中にあり、第１の流体通過面を横切り、前記第１の流体通過面の一部のみを占める第１の電極と、
前記流路の途中であって前記第１の電極より上流側にあり、第２の流体通過面を横切り、前記第２の流体通過面の一部のみを占める第２の電極と、
前記流路の途中であって前記第１の電極より下流側にあり、第３の流体通過面を横切り、前記第３の流体通過面の一部のみを占める第３の電極と、
第１の極と第２の極との間にパルス電圧を発生するパルス電源と、
前記第１の電極を前記第１の極に電気的に接続し、前記第２の電極及び前記第３の電極を前記第２の極に電気的に接続する接続線路と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極とが前記流路の軸方向に離隔して対向し、前記第１の電極と前記第３の電極とが前記流路の軸方向に離隔して対向するプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１のプラズマ処理装置において、
前記流路の軸方向から見て前記第２の電極と前記第３の電極とが重ならないプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１のプラズマ処理装置において、
前記流路の軸方向から見て、前記第１の電極と前記第２の電極とが交差し、前記第１の電極と前記第３の電極の電極とが交差し、前記第１の電極と前記第２の電極との交差位置と前記第１の電極と前記第３の電極との交差位置とが重ならないプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１のプラズマ処理装置において、
前記第１の電極は、
表面が絶縁体からなり前記第２の電極及び前記第３の電極と対向する第１の放電部、
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１のプラズマ処理装置において、
前記第２の電極は、
表面が絶縁体からなり前記第１の電極と対向する第２の放電部、
を備え、
前記第３の電極は、
表面が絶縁体からなり前記第１の電極と対向する第３の放電部、
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかのプラズマ処理装置において、
前記第１の電極が陰極、前記第２の電極及び前記第３の電極が陽極であり、
前記第１の電極は、
前記第１の流体通過面の縁部にあって、前記接続線路により前記第１の極に接続される良導体が表面に露出する第１のプラズマグランディング部、
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれかのプラズマ処理装置において、
前記第１の電極が陽極、前記第２の電極及び前記第３の電極が陰極であり、
前記第２の電極は、
前記第２の流体通過面の縁部にあって、前記接続線路により前記第２の極に接続される良導体が表面に露出する第２のプラズマグランディング部、
を備え、
前記第３の電極は、
前記第３の流体通過面の縁部にあって、前記接続線路により前記第２の極に接続される良導体が表面に露出する第３のプラズマグランディング部、
を備えるプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、従来のプラズマ処理装置の一例を開示する。特許文献１のプラズマ処理装置においては、流路の途中に陰極が設けられ、流路の途中であって陰極より上流側に流路の軸方向に延在する棒形状の陽極が設けられる。特許文献１のプラズマ処理装置においては、陽極と陰極との間にパルス電圧が印加され、陽極の先端と陰極との間に放電が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２６９０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のプラズマ処理装置には、プラズマが発生する範囲が限られ、プラズマによる処理の効率が不十分であるという問題がある。また、特許文献１のプラズマ処理装置には、陽極の先端に電界が集中して陽極が損傷する場合があり、陽極の耐久性が不十分であるという問題がある。【０００５】
本発明は、これらの問題を解決するためになされ、プラズマによる処理の効率が向上し電極の耐久性が向上するプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの課題を解決するための手段を以下に示す。【０００７】
本発明の第１の局面によれば、プラズマ処理装置は、流体が流れる流路を持つ構造体と、前記流路の途中にあり、第１の流体通過面を横切り、前記第１の流体通過面の一部のみを占める第１の電極と、前記流路の途中であって前記第１の電極より上流側にあり、第２の流体通過面を横切り、前記第２の流体通過面の一部のみを占める第２の電極と、前記流路の途中であって前記第１の電極より下流側にあり、第３の流体通過面を横切り、前記第３の流体通過面の一部のみを占める第３の電極と、第１の極と第２の極との間にパルス電圧を発生するパルス電源と、前記第１の電極を前記第１の極に電気的に接続し、前記第２の電極及び前記第３の電極を前記第２の極に電気的に接続する接続線路と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極とが前記流路の軸方向に離隔して対向し、前記第１の電極と前記第３の電極とが前記流路の軸方向に離隔して対向する。【０００８】
本発明の第２の局面によれば、本発明の第１の局面において、前記流路の軸方向から見て前記第２の電極と前記第３の電極とが重ならない。【０００９】
本発明の第３の局面によれば、本発明の第１又は第２の局面において、前記流路の軸方向から見て、前記第１の電極と前記第２の電極とが交差し、前記第１の電極と前記第３の電極の電極とが交差し、前記第１の電極と前記第２の電極との交差位置と前記第１の電極と前記第３の電極との交差位置とが重ならない。【００１０】
本発明の第４の局面によれば、本発明の第１から第３までのいずれかの局面において、前記第１の電極は、表面が絶縁体からなり前記第２の電極及び前記第３の電極と対向する第１の放電部、を備える。【００１１】
本発明の第５の局面によれば、本発明の第１から第４までのいずれかの局面において、前記第２の電極は、表面が絶縁体からなり前記第１の電極と対向する第２の放電部、を備え、前記第３の電極は、表面が絶縁体からなり前記第１の電極と対向する第３の放電部、を備える。【００１２】
本発明の第６の局面によれば、本発明の第１から第５までのいずれかの局面において、前記第１の電極が陰極、前記第２の電極及び前記第３の電極が陽極であり、前記第１の電極は、前記第１の流体通過面の縁部にあって、前記接続線路により前記第１の極に接続される良導体が表面に露出する第１のプラズマグランディング部、を備える。【００１３】
本発明の第７の局面によれば、本発明の第１から第５までのいずれかの局面において、前記第１の電極が陽極、前記第２の電極及び前記第３の電極が陰極であり、前記第２の電極は、前記第２の流体通過面の縁部にあって、前記接続線路により前記第２の極に接続される良導体が表面に露出する第２のプラズマグランディング部、を備え、前記第３の電極は、前記第３の流体通過面の縁部にあって、前記接続線路により前記第３の極に接続される良導体が表面に露出する第３のプラズマグランディング部、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１から第７までの局面によれば、第１の電極より上流側及び下流側にプラズマが発生し、プラズマによる処理の効率が向上する。また、第１の電極、第２の電極及び第３の電極の末端が放電の始点又は終点とならず、第１の電極、第２の電極及び第３の電極の耐久性が向上する。【００１５】
本発明の第２及び第３の局面によれば、第１の電極より上流側において十分に活性化されない流体が第１の電極より下流側において十分に活性化され、プラズマによる処理の効率が向上する。【００１６】
本発明の第４及び第５の局面によれば、放電が誘電体バリア放電となり、アーク放電が抑制され、流体を効率的に活性化するストリーマ放電が安定して発生する。【００１７】
本発明の第６及び第７の局面によれば、イオンシース層に電子が供給されやすくなり、プラズマによる処理の効率が向上する。【００１８】
これらの及びこれら以外の本発明の目的、特徴、局面及び利点は、添付図面とともに考慮されたときに下記の本発明の詳細な説明によってより明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の望ましい実施形態のプラズマ処理装置の模式図である。
【図２】電極配列体の斜視図である。
【図３】電極配列体の上面図である。
【図４】電極配列体の正面図である。
【図５】電極配列体の側面図である。
【図６】格子形状を有する第１の電極の平面図である。
【図７】ＩＥＳ電源の回路図である。
【図８】プラズマ処理装置の使用例を説明する模式図である。
【図９】プラズマ処理装置の使用例を説明する模式図である。
【図１０】プラズマ処理装置の使用例を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（プラズマ処理装置１００４の概略）
図１は、本発明の望ましい実施形態のプラズマ処理装置１００４の模式図である。図１は、プラズマ処理装置１００４のリアクタ１００８の断面及びその付属物を示す。
【００２１】
図１に示すように、プラズマ処理装置１００４は、プラズマを発生するリアクタ１００８と、パルス電圧を発生するパルス電源１０１２と、パルス電源１０１２とリアクタ１００８とを電気的に接続する接続線路１０１６と、ガスを供給するガス供給回路１０２０と、を備える。プラズマ処理装置１００４は、リアクタ１００８の内部へガスを供給しながらリアクタ１００８の内部にプラズマを発生させ、プラズマをガスに作用させ、ガスを活性化する。「活性化」とは、化学種をより高いエネルギー準位へ励起すること、イオンを生成すること、ラジカルを生成すること等のガスの反応性を向上することをいう。
【００２２】
（リアクタ１００８の概略）
図１に示すように、リアクタ１００８は、ガスが流れる流路１０３２を持つチャンバ１０２４と、電界を印加する電極配列体１０２８と、を備える。
【００２３】
チャンバ１０２４は、流路１０３２を持つ構造体であればよく、流路１０３２を流れるガス、電極配列体１０２８が印加する電界、電界の印加により発生する放電及びプラズマ等により損傷しないかぎり、構造、材質等は制限されない。
【００２４】
流路１０３２の一端の吸入口１０３６へ吸入されたガスは、流路１０３２が延在する方向、すなわち、流路１０３２の軸方向Ｄ３へ流れ、電極配列体１０２８を透過し、電極配列体１０２８の位置に発生したプラズマにより活性化され、流路１０３２の他端の排出口１０４０から排出される。
【００２５】
電極配列体１０２８は、流路１０３２の途中に設けられる。電極配列体１０２８は、流路１０３２の軸方向Ｄ３に略平行な電界を印加し放電を発生する放電体であり、流路１０３２を不完全に閉塞する不完全閉塞体、すなわち、ガスを透過するガス透過体でもある。これにより、ガスが電極配列体１０２８を透過するときにプラズマによりガスが効率よく均一に活性化される。
【００２６】
（電極配列体１０２８の構造）
図２〜図５は、電極配列体１０２８の模式図である。図２は、斜視図、図３は、上面図、図４は、正面図、図５は、側面図である。
【００２７】
図１〜図５に示すように、電極配列体１０２８は、流路１０３２の軸方向Ｄ３に第２の電極１０４８、第１の電極１０４４及び第３の電極１０５２をこの記載順序で配列した構造を有する。第２の電極１０４８は、第１の電極１０４４より上流側にあり、第３の電極１０５２は、第１の電極１０４４より下流側にある。
【００２８】
（陽極及び陰極の選択）
図１に示すように、第１の電極１０４４が陰極、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２が陽極となる場合は、接続線路１０１６は、第１の電極１０４４をパルス電源１０１２の負極に接続し、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２をパルス電源１０１２の正極に接続する。これにより、第２の電極１０４８から第１の電極１０４４へ向かう電界が第１の電極１０４４と第２の電極１０４８との第１の間隙１０５６に印加され、第３の電極１０５２から第１の電極１０４４へ向かう電界が第１の電極１０４４と第３の電極１０５２との第２の間隙１０６０に印加される。また、第１の電極１０４４の第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２に対向する側の近傍にイオンシース層ＩＳが発生し、第１の間隙１０５６及び第２の間隙１０６０に放電が発生し、第１の間隙１０５６及び第２の間隙１０６０にプラズマが発生する。
【００２９】
第１の電極１０４４が陽極、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２が陰極となる場合は、接続線路１０１６は、第１の電極１０４４をパルス電源１０１２の正極に接続し、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２をパルス電源１０１２の負極に接続する。これにより、第１の電極１０４４から第２の電極１０４８へ向かう電界が第１の間隙１０５６に印加され、第１の電極１０４４から第３の電極１０５２へ向かう電界が第２の間隙１０６０に印加される。また、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２の第１の電極１０４４に対向する側に図示しないイオンシース層が発生し、第１の間隙１０５６及び第２の間隙１０６０に放電が発生し、第１の間隙１０５６及び第２の間隙１０６０にプラズマが発生する。第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２が陰極であることにより、高電圧が印加される第１の電極１０４４が第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２によって遮蔽され、絶縁が容易に確保される。
【００３０】
第１の電極１０４４が陰極である場合及び陽極である場合のいずれであっても、第１の電極１０４４より上流側及び下流側にプラズマが発生し、プラズマによる処理の効率が向上する。
【００３１】
（第１の電極１０４４の形状及び配置）
図１〜図５に示すように、第１の電極１０４４は、棒形状を有し、第１の流体通過面Ｓ１を横切る。「横切る」とは、流路１０３２の内壁の一の場所から出て、流路１０３２の内部を経由して、流路１０３２の内壁の他の場所に入ることをいう。第１の電極１０４４に第１のガス通過面Ｓ１を横切らせることは、損傷しやすい第１の電極１０４４の末端が第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２と対向して放電の始点又は終点となることを防止し、第１の電極１０４４の耐久性を向上する。
【００３２】
第１の電極１０４４は、流路１０３２の軸方向Ｄ３に垂直な第１の方向Ｄ１に延在し、流路１０３２の軸方向Ｄ３に垂直であって第１の方向Ｄ１に垂直な第２の方向Ｄ２に疎らに配列される。「疎らに」とは、隣接する第１の電極１０４４が密着することなく、隣接する第１の電極１０４４の間にガスが通過する開口があることをいう。隣接する第１の電極１０４４の間隙は、帯形状の開口となり、第１の電極１０４４は、第１の流体通過面Ｓ１の一部のみを占め、第１の流体通過面Ｓ１を不完全に閉塞する。
【００３３】
（第１の電極１０４４の構造）
図２〜図５に示すように、第１の電極１０４４は、良導体からなる棒１０６４の末端の近傍以外が絶縁体からなる被覆１０６８で覆われた構造を有する。第１の電極１０４４が陰極となる場合は、棒１０６４は、接続線路１０１６により、パルス電源１０１２の負極に接続され、第１の電極１０４４が陽極となる場合は、棒１０６４は、接続線路１０１６により、パルス電源１０１２の正極に接続される。
【００３４】
（第１の放電部１０７２）
図４に示すように、第１の電極１０４４のうち、被覆１０６８があって表面が絶縁体からなる第１の放電部１０７２は、流路１０３２の軸方向Ｄ３に離隔して第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２と対向する。「表面が絶縁体からなる」とは、少なくとも表面が絶縁体であれば足りる。したがって、内部に良導体が埋設されていることは必須ではない。
【００３５】
第１の放電部１０７２の表面が絶縁体からなることは、放電を誘電体バリア放電とし、アーク放電を抑制し、ガスを効率的に活性化するストリーマ放電を安定して発生させることに寄与する。
【００３６】
（第１のプラズマグランディング部１０７６）
図４に示すように、第１の電極１０４４のうち、被覆１０６８がなく良導体が表面に露出する第１のプラズマグランディング部１０７６は、第１のガス通過面Ｓ１の縁部にある。第１の電極１０４４が陰極である場合は、第１のプラズマグランディング部１０７６は、イオンシース層ＩＳの端部に接触し、イオンシース層ＩＳに接地電位を付与し、イオンシース層ＩＳに電子を供給する。これにより、イオンシース層ＩＳに電子が供給されやすくなり、プラズマによる処理の効率が向上する。「縁部」とは、イオンシース層ＩＳに接触する範囲を意味し、第１のガス通過面Ｓ１の外周の近傍にある幅を有する範囲である。第１の電極１０４４が陽極である場合は、第１のプラズマグランディング部１０７６はなくてもよい。
【００３７】
（第１の放電部１０７２と第１のプラズマグランディング部１０７６との別体化）
図１〜図５に示す第１の電極１０４４が採用された場合、第１の放電部１０７２と第１のプラズマグランディング部１０７６とは一体になっている。このことは、部品の数を減らすことに寄与する。ただし、第１の放電部１０７２と第１のプラズマグランディング部１０７６とが別体であってもよく、第１の放電部１０７２の全体が良導体でなくとも良い。
【００３８】
（第１の電極１０４４及び棒１０６４の断面形状）
図２〜図５に示すように、第１の電極１０４４の断面形状は円形であり、棒１０６４の断面形状も円形である。これにより、第１の放電部１０７２に鋭利な部分が少なくなり、鋭利な部分への電界の集中による第１の放電部１０７２の損傷が抑制される。また、鋭利な部分が少なくなると、損傷の原因となりやすい欠陥が被覆１０６８に内在することが抑制される。第１の電極１０４４及び棒１０６４の断面形状が円形以外の鋭利な部分が少ない形状、例えば、楕円形であってもよい。被覆１０６８の形成が若干難しくなることが許容される場合は、第１の電極１０４４及び棒１０６４の断面形状が円形以外であってもよい。
【００３９】
（第１のガス通過面Ｓ１の開口率）
流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た第１のガス通過面Ｓ１の面積に対する開口の面積の比率は、３０％以上であることが望ましい。第１のガス通過面Ｓ１の開口率がこの下限値を下回ると、第１の電極１０４４の圧力損失が増加し、プラズマによる処理の効率が低下しやすくなる。
【００４０】
（第１の電極１０４４の幅）
流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た第１の電極１０４４の幅は、０．３〜５ｍｍであることが望ましい。第１の電極１０４４の幅がこの上限値を上回ると、第１の電極１０４４の圧力損失が増加し、プラズマによる処理の効率が低下しやすくなる。第１の電極１０４４の幅がこの下限値を下回ると、第１の電極１０４４の強度が低下し、第１の電極１０４４が損傷しやすくなる。
【００４１】
（第１の電極１０４４の材質）
棒１０６４の材質は、特に制限されないが、放電及びプラズマにより損傷しにくく耐熱性が高い金属又は合金であることが望ましい。そのような金属には、Ｐｔ（白金）、Ｗ（タングステン）、ＷＣ（タングステンカーバイド）、Ｍｏ（モリブデン）、ニッケル系超合金等がある。そのような合金には、ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金等がある。
【００４２】
被覆１０６８の材質は、特に制限されないが、放電及びプラズマにより損傷しにくく耐熱性が高い樹脂又はセラミックスであることが望ましい。そのような樹脂には、フッ素樹脂、ポリイミド系樹脂等がある。そのようなセラミックスには、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）・ジルコニア（ＺｒＯ2）、炭化珪素（ＳｉＣ）、マグネシア（ＭｇＯ）等がある。
【００４３】
棒１０６４の材質を半導体とし、絶縁体からなる被覆１０６８を省略してもよい。この場合、棒１０６４の第１のガス通過面Ｓ１を横切る部分が第１の放電部１０７２及び第１のプラズマグランディング部１０７６の役割を兼ねる。半導体の種類は、特に制限されないが、放電及びプラズマにより損傷しにくく耐熱性が高いセラミックスであることが望ましい。そのようなセラミックスには、Ｓｉ含浸炭化ケイ素（ＳｉＣ）等がある。
【００４４】
（ゲルキャスト法による被覆１０６８の形成）
被覆１０６８の形成方法は、特に制限されないが、被覆１０６８の材質がセラミックスである場合は、ゲルキャスト法により棒１０６４の表面をセラミックス粉末の成形体で被覆し当該成形体を焼成することにより形成することが望ましい。これにより、被覆１０６８に欠陥が内在することが抑制される。
【００４５】
（第１の電極１０４４の配列の変形）
図１〜図５は、第１の電極１０４４が均等に配列される場合を示すが、第１の電極１０４４が不均等に配列されてもよい。例えば、ガスの流量が相対的に多い流路１０３２の中心において第１の電極１０４４が相対的に密に配列され、ガスの流量が相対的に少ない流路１０３２の周辺において第１の電極１０４４が相対的に疎に配列されてもよい。
【００４６】
また、図１〜図５は、第１の電極１０４４が平行に配列される場合を示すが、電極棒が非平行に配列されてもよい。
【００４７】
（枝分かれがある第１の電極１０７８）
図２〜図５に示す真っ直ぐで枝分かれ（交差）がない棒形状の第１の電極１０４４には、欠陥を内在しない被覆１０６８を形成しやすいという利点がある。しかし、第１の電極１０４４に代えて、枝分かれがある第１の電極１０７８が採用されてもよい。
【００４８】
図６は、枝分かれがある格子形状の第１の電極１０７８の模式図である。図６は、図３と同様の方向から第１の電極１０７８を見た上面図である。
【００４９】
図６に示すように、一の方向に延在する棒１０８０と他の方向に延在する棒１０８４とが交差する良導体からなる格子１０８８が絶縁体からなる被覆１０９２で覆われた第１の電極１０７８が採用されてもよい。第１の電極１０７８が採用される場合、開口は四角形状となる。格子１０８８の形状がさらに変形され、開口の形状が四角形状以外の二次元図形状、例えば、六角形状等の多角形状・円形状等に変形されてもよい。パンチングメタルを絶縁体からなる被覆で覆った第１の電極が採用されてもよい。
【００５０】
（第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２の形状及び配置）
図１〜図５に示すように、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２は、板形状を有し、それぞれ、第２の流体通過面Ｓ２及び第３の流体通過面Ｓ３を横切る。第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２にそれぞれ第２の流体通過面Ｓ２及び第３の流体通過面Ｓ３を横切らせることは、損傷しやすい第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２の末端が第１の電極１０４４と対向して放電の始点又は終点となることを防止し、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２の耐久性を向上する。
【００５１】
第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２の主面は、流路１０３２の軸方向Ｄ３と平行をなす。したがって、流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２の投影形状は棒形状（細長形状）となる。第１の電極１０４４の場合と同様に、流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２の投影形状に枝分かれがあってもよい。
【００５２】
第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２は、流路１０３２の軸方向Ｄ３に垂直な第２の方向Ｄ２に延在し、流路１０３２の軸方向Ｄ３に垂直であって第２の方向Ｄ２に垂直な第１の方向Ｄ１に疎らに配列される。隣接する第２の電極１０４８の間隙及び隣接する第３の電極１０５２の間隙は、帯形状の開口となり、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２は、それぞれ、第２の流体通過面Ｓ２及び第３の流体通過面Ｓ３の一部のみを占め、第２の流体通過面Ｓ２及び第３の流体通過面Ｓ３を不完全に閉塞する。
【００５３】
（第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２の構造）
図２〜図５に示すように、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２は、それぞれ、良導体からなる矩形板１０９６，１１００の末端の近傍以外が絶縁体からなる被覆１１０４，１１０８で覆われた構造を有する。第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２が陰極となる場合は、矩形板１０９６，１１００は、接続線路１０１６により、パルス電源１０１２の負極に接続され、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２が陽極となる場合は、矩形板１０９６，１１００は、接続線路１０１６により、パルス電源１０１２の正極に接続される。
【００５４】
（第２の放電部１１１２及び第３の放電部１１１６）
図５に示すように、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２のうち、被覆１１０４，１１０８があって表面が絶縁体からなる第２の放電部１１１２及び第３の放電部１１１６は、流路１０３２の軸方向Ｄ３に離隔して第１の電極１０４４と対向する。
【００５５】
第２の放電部１１１２及び第３の放電部１１１６の表面が絶縁体からなることは、放電を誘電体バリア放電とし、アーク放電を抑制し、ガスを効率的に活性化するストリーマ放電を安定して発生させることに寄与する。
【００５６】
（第２のプラズマグランディング部１１２０及び第３のプラズマグランディング部１１２４）
図５に示すように、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２のうち、被覆１１０４，１１０８がなく良導体が表面に露出する第２のプラズマグランディング部１１２０及び第３のプラズマグランディング部１１２４は、それぞれ、第２のガス通過面Ｓ２及び第３のガス通過面Ｓ３の縁部にある。第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２が陰極である場合は、第２のプラズマグランディング部１１２０及び第３のプラズマグランディング部１１２４は、イオンシース層の端部に接触し、イオンシース層に接地電位を付与し、イオンシース層に電子を供給する。これにより、イオンシース層に電子が供給されやすくなり、プラズマによる処理の効率が向上する。「縁部」とは、イオンシース層に接触する範囲を意味し、第２のガス通過面Ｓ２及び第３のガス通過面Ｓ３の外周の近傍にある幅を有する範囲である。第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２が陽極である場合は、第２のプラズマグランディング部１１２０及び第３のプラズマグランディング部１１２４はなくてもよい。
【００５７】
第１の電極１０４４の場合と同様に、第２の放電部１１１２と第２のプラズマグランディング部１１２０とが別体であってもよいし、第３の放電部１１１６と第３のプラズマグランディング部１１２４とが別体であってもよい。第２の放電部１１１２及び第３の放電部１１１６の全体が絶縁体であってもよいことも、第１の電極１０４４の場合と同様である。
【００５８】
（第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２の変形）
第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２が流路１０３２の軸方向Ｄ３に延長又は短縮されても、流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２の投影形状が棒形状であることは変化せず、放電に主に寄与する第１の電極１０４４に対向する側の形状も変化しない。したがって、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２が流路１０３２の軸方向Ｄ３に延長又は短縮されてもよい。
【００５９】
また、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２の第１の電極１０４４に対向する側の端部の断面形状が半円形状等に丸められてもよく、矩形板１０９６，１１００の第１の電極１０４４に対向する側の端部の断面形状が半円形状等に丸められてもよい。
【００６０】
また、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２が流路の軸方向Ｄ３から見てパンチングメタルと同様の形状を有する穿孔体であってもよい。
【００６１】
（第２のガス通過面Ｓ２及び第３のガス通過面Ｓ３の開口率）
流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た第２のガス通過面Ｓ２の面積に対する開口の面積の比率及び流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た第３のガス通過面Ｓ３の面積に対する開口の積の比率は、第１のガス通過面Ｓ１の開口率の場合と同様に、３０％以上であることが望ましい。その理由も、第１のガス通過面Ｓ１の開口率の場合と同様である。
【００６２】
（第２の電極１０４８の幅及び第３の電極１０５２の幅）
流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た第２の電極１０４８の幅及び流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た第３の電極１０５２の幅は、第１の電極１０４４の幅の場合と同様に、０．３〜５ｍｍ以下であることが望ましい。その理由も、第１の電極１０４４の幅の場合と同様である。
【００６３】
（第１の電極１０４４との共通点）
矩形板１０９６，１１００及び被覆１１０４，１１０８の材質は、それぞれ、棒１０６４及び被覆１０６８の材質と同様に選択される。ゲルキャスト法による被覆１１０４，１１０８の形成が望ましいことも第１の電極１０４４の場合と同様である。第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２が不均等又は非平行に配列されてもよいことも第１の電極１０４４の場合と同様である。
【００６４】
（流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２の千鳥配置）
図３及び図４に示すように、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２は、流路１０３２の軸方向Ｄ３から見て第２の電極１０４８と第３の電極１０５２とが重ならないように千鳥配置される。これにより、第１の電極１０４４より上流側において十分に活性化されないガスが第１の電極１０４４より下流側において十分に活性化され、プラズマによる処理の効率が向上する。
【００６５】
ただし、流路１０３２の軸方向Ｄ３から見て第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２の全部又は一部が重なってもプラズマ処理装置１００４は十分に機能する。
【００６６】
図１〜図５は、流路１０３２の軸方向Ｄ３から見て第２の電極１０４８と第３の電極１０５２とが平行である場合を示すが、第２の電極１０４８と第３の電極１０５２とが非平行であってもよい。
【００６７】
（流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た交差位置の配置）
第１の電極１０４４が延在する方向Ｄ１と、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２が延在する方向Ｄ２とは、９０°をなす。したがって、流路１０３２の軸方向Ｄ３から見て、第１の電極１０４４と第２の電極１０４８とは直角に交差し、第１の電極１０４４と第３の電極１０５２とは直角に交差する。
【００６８】
図３に示すように、第１の電極１０４４と第２の電極１０４８との交差角θ１及び第１の電極１０４４と第３の電極１０５２との交差角θ２が９０°であることは、第１のプラズマグランディング部１０７６と第２のプラズマグランディング部１１２０及び第３のプラズマグランディング部１１２４との距離を離し、第１のプラズマグランディング部１０７６と第２のプラズマグランディング部１１２０及び第３のプラズマグランディング部１１２４との間に放電が発生することを抑制する。ただし、他の放電抑制策が採用された場合等には、交差角θ１，θ２の両方又は片方が９０°以外になってもよく、０°になってもよい。
【００６９】
図３に示すように、流路１０３２の軸方向Ｄ３から見て、第１の電極１０４４と第２の電極１０４８との交差位置１１１２と第１の電極１０４４と第３の電極１０５２との交差位置１１１６とが重ならないように、第１の電極１０４４、第２の電極１０４８及び第３の電極１０５２は配置される。これにより、放電が起こりやすい交差位置１１１２，１１１６が重ならないので、第１の電極１０４４より上流側において十分に活性化されないガスが第１の電極１０４４より下流側において十分に活性化され、プラズマによる処理の効率が向上する。
【００７０】
ただし、流路１０３２の軸方向Ｄ３から見て交差位置１１１２，１１１６の全部又は一部が重なってもプラズマ処理装置１００４は十分に機能する。
【００７１】
（第１の間隙１０５６及び第２の間隙１０６０）
図１〜図５は、第１の間隙１０５６及び第２の間隙１０６０が一定である場合を示しているが、第１の間隙１０５６及び第２の間隙１０６０の両方又は片方が一定でなくてもよい。例えば、ガスの流量が相対的に多い流路１０３２の中心において第１の間隙１０５６及び第２の間隙１０６０の両方又は片方が狭くなり、ガスの流量が相対的に少ない流路１０３２の周辺において第１の間隙１０５６及び第２の間隙１０６０の両方又は片方が広くなるようにしてもよい。
【００７２】
（被覆１０６８，１１０４，１１０８の省略）
放電を誘電体バリア放電とするためには、被覆１０６８，１１０４，１１０８の全部が設けられることが望ましいが、対向する放電部のいずれかの表面が絶縁体からなるのであれば、被覆１０６８，１１０４，１１０８の一部が省略されてもよい。例えば、被覆１０６８が省略されてもよいし、被覆１１０４，１１０８が省略されてもよい。
【００７３】
（パルス電源１０１２）
パルス電源１０１２は、第１の間隙１０５６及び第２の間隙１０６０にアーク放電を発生させずにストリーマ放電を発生するパルス電圧を発生する能力を有すれば、特に形式は制限されないが、スイッチング素子にＳＩ（静電誘導）サイリスタを使用した誘導エネルギー蓄積（ＩＥＳ）型の電源（以下では、「ＩＥＳ電源」という。）であることが望ましい。これは、ＩＥＳ電源は、小型で単純であるにもかかわらず、立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔが著しく大きくパルス幅Δｔが短いパルス電圧を発生し、ストリーマ放電を発生させるのに好適であるからである。
【００７４】
図７は、ＩＥＳ電源１２０４の回路例を示す回路図である。図７に示すように、ＩＥＳ電源１２０４は、直流を供給する直流電源１２０８と、直流電源１２０８からの直流の供給を安定させるキャパシタ１２１２と、誘導エネルギーを蓄積するトランス１２１６と、トランス１２１６の１次側巻線１２４８への直流の供給経路１２２０と、供給経路１２２０を開閉するＭＯＳＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスタ）１２２４及びＳＩサイリスタ１２２８と、ＳＩサイリスタ１２２８のゲートへのバイアス付与経路１２３２と、ＳＩサイリスタ１２２８のゲートへ電流が流入することを抑制しＳＩサイリスタ１２２８のゲートから電流が流出することを許容するダイオード１２３６と、ＭＯＳＦＥＴ１２２４を駆動する駆動回路１２４０と、トランス１２１６の２次側巻線１２５２からのパルス電圧の出力経路１２４４と、を備える。
【００７５】
ＳＩサイリスタ１２２８及びＭＯＳＦＥＴ１２２４は、ターンオンしたときに供給経路１２２０を閉じターンオフしたときに供給経路１２２０を開くように供給経路１２２０に直列に挿入される。１次側巻線１２４８の第１端１２５６は、直流電源１２０８の正極及びキャパシタ１２１２の一端に接続され、ＳＩサイリスタ１２２８のアノードは、１次側巻線１２４８の第２端１２６０に接続され、ＳＩサイリスタ１２２８のカソードは、ＭＯＳＦＥＴ１２２４のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴ１２２４のソースは、直流電源１２０８の負極及びキャパシタ１２１２の他端に接続される。ＳＩサイリスタ１２２８のゲートは、バイアス付与経路１２３２によりダイオード１２３６を経由して１次側巻線１２４８の第１端１２５６に接続される。ダイオード１２３６は、バイアス付与経路１２３２に挿入される。ダイオード１２３６のカソードは、１次側巻線１２４８の第１端１２５６に接続され、ダイオード１２３６のアノードは、ＳＩサイリスタ１２２８のゲートに接続される。ダイオード１２３６により、ＳＩサイリスタ１２２８が電圧駆動により正バイアスされ電流駆動により負バイアスされる。トランス１２１６に代えて単一の巻線を備えるインダクタを使用し、インダクタから直接的にパルス電圧を出力してもよい。
【００７６】
（ＩＥＳ電源１２０４の動作の概略）
駆動回路１２４０からＭＯＳＦＥＴ１２２４へのオン信号の入力が始まり、ＭＯＳＦＥＴ１２２４がターンオンすると、ＳＩサイリスタ１２２８のゲートが正バイアスされ、ＳＩサイリスタ１２２８もターンオンする。これにより、供給経路１２２０が閉じられる。供給経路１２２０が閉じられると、１次側巻線１２４８への直流の供給が始まり、トランス１２１６への誘導エネルギーの蓄積が始まる。
【００７７】
駆動回路１２４０からＭＯＳＦＥＴ１２２４へのオン信号の入力が終わり、ＭＯＳＦＥＴ１２２４がターンオフすると、１次側巻線１２４８に発生した誘導起電力によりＳＩサイリスタ１２２８のゲートが負バイアスされ、ＳＩサイリスタ１２２８も高速にターンオンする。これにより、供給経路１２２０が高速に開かれる。供給経路１２２０が高速に開かれると、相互誘導により２次側巻線１２５２に誘導起電力が発生し、２次側巻線１２５２から正極１２７２と負極１２７６との間に立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔが著しく大きいパルス電圧が出力される。
【００７８】
なお、ＩＥＳ電源１２０４のより詳細な動作原理は、例えば、飯田克二、佐久間健：「ＳＩサイリスタ１２２８による極短パルス発生回路（ＩＥＳ回路）」，ＳＩデバイスシンポジウム講演論文集（２００２）に記載されている。
【００７９】
（パルス電圧の波形の概略）
パルス電圧のパルス幅は、概ね、半値全幅（ＦＷＨＭ）で１０〜１０００ｎｓであることが望ましく、立ち上がり時の電圧Ｖの時間変化率ｄＶ／ｄｔは、概ね、３０〜３０００ｋＶ／μｓであることが望ましく、単位時間あたりの繰り返し数は、概ね、１００ｐｐｓ〜数十ｋｐｐｓであることが望ましく、ピーク電圧は、概ね、１０〜３０ｋＶであることが望ましい。望ましい範囲について「概ね」と述べているのは、リアクタ１００８の構造、材質、ガスの圧力、ガスの流量によっては、望ましい範囲が上述の範囲よりも広くなる場合もありうるからである。
【００８０】
（イオンシース層）
このようにパルス幅Δｔが短く立ち上がり時の電圧Ｖの時間変化率ｄＶ／ｄｔが高いパルス電圧が陽極と陰極との間に印加された場合、陰極の表面にあるガス通過面に沿って薄いイオンシース層が生成し、高密度のイオン及びラジカルが発生する。これに対して、パルス幅が長くなったり立ち上がり時の電圧Ｖの時間変化率ｄＶ／ｄｔが低くなったりすると、陰極の表面に生成するイオンシース層ＩＳが厚くなり、イオン及びラジカルの密度が低くなる。
【００８１】
（流路１０３２の内部の圧力）
流路１０３２の内部の圧力は、プラズマ処理装置１００４の使用例によって異なり、大気圧に維持される場合、減圧される場合及び加圧される場合のいずれもありうる。
【００８２】
（プラズマ処理装置１００４の使用例）
図８〜図１０は、プラズマ処理装置１００４の使用例を説明する模式図である。
【００８３】
図８に示すように、プラズマ処理装置１００４がガスを活性化するために使用される場合は、リアクタ１００８の内部へガスを供給しながらリアクタ１００８の内部にプラズマを発生させる。リアクタ１００８の内部で活性化されたガスは、リアクタ１００８から供給先へ送られる。供給先には、焼却炉・焼成炉等がある。活性化されたガスが焼却炉へ供給される場合、活性化されたガスは燃焼効率の向上等に寄与し、活性化されたガスが焼成炉へ供給される場合、活性化されたガスは、熱処理の促進等に寄与する。ガスに代えて液体を活性化するために、より一般的には、流体を活性化するためにプラズマ処理装置１００４が使用されてもよい。もちろん、ガス（気体）に代えて液体を活性化する場合は、ガス供給回路１０２０に代えて液体を供給する液体供給回路が設けられる。活性化の対象となるガスは、特に制限されないが、例えば、窒素（Ｎ2）・水（Ｈ2Ｏ）・過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）・テトラフルオロメタン（ＣＦ4）・トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）等である。活性化の対象となる液体は、特に制限されないが、例えば、水（Ｈ2Ｏ）・アルコール・酸性水溶液・アルカリ性水溶液等である。
【００８４】
図９に示すように、プラズマ処理装置１００４が固体からなる対象物Ｗの表面を処理するために使用される場合は、リアクタ１００８の内部に対象物Ｗを収容し、リアクタ１００８の内部へガスを供給しながらリアクタ１００８の内部においてプラズマを発生させる。これにより、対象物Ｗの表面にプラズマが作用し、対象物Ｗの表面が処理される。表面の処理には、表面のぬれ性を向上する処理（改質）、表面に付着した微生物を死滅させる処理（滅菌又は殺菌）等がある。
【００８５】
プラズマ処理装置１００４が固体からなる対象物Ｗの表面を処理するために使用される場合であっても、リアクタ１００８の内部に対象物Ｗを収容することは必須ではない。したがって、図１０に示すように、リアクタ１００８の外部にある対象物Ｗに活性化されたガスを吹きつけるようにしてもよい。
【００８６】
（その他）
この発明は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において例示であり、この発明は上記の説明に限定されない。例示されない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定されうる。
【図１】
2011065171.tif 000003
【図２】
2011065171.tif 000004
【図３】
2011065171.tif 000005
【図４】
2011065171.tif 000006
【図５】
2011065171.tif 000007
【図６】
2011065171.tif 000008
【図７】
2011065171.tif 000009
【図８】
2011065171.tif 000010
【図９】
2011065171.tif 000011
【図１０】
2011065171.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月17日(2012.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
（第１の電極１０４４の材質）
棒１０６４の材質は、特に制限されないが、放電及びプラズマにより損傷しにくく耐熱性が高い金属又は合金であることが望ましい。そのような金属には、Ｐｔ（白金）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）等がある。そのような合金には、ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金、ＷＣ（タングステンカーバイド）、ニッケル系超合金等がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
（第２のガス通過面Ｓ２及び第３のガス通過面Ｓ３の開口率）
流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た第２のガス通過面Ｓ２の面積に対する開口の面積の比率及び流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た第３のガス通過面Ｓ３の面積に対する開口の比率は、第１のガス通過面Ｓ１の開口率の場合と同様に、３０％以上であることが望ましい。その理由も、第１のガス通過面Ｓ１の開口率の場合と同様である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
（第２の電極１０４８の幅及び第３の電極１０５２の幅）
流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た第２の電極１０４８の幅及び流路１０３２の軸方向Ｄ３から見た第３の電極１０５２の幅は、第１の電極１０４４の幅の場合と同様に、０．３〜５ｍｍであることが望ましい。その理由も、第１の電極１０４４の幅の場合と同様である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
駆動回路１２４０からＭＯＳＦＥＴ１２２４へのオン信号の入力が終わり、ＭＯＳＦＥＴ１２２４がターンオフすると、１次側巻線１２４８に発生した誘導起電力によりＳＩサイリスタ１２２８のゲートが負バイアスされ、ＳＩサイリスタ１２２８も高速にターンオフする。これにより、供給経路１２２０が高速に開かれる。供給経路１２２０が高速に開かれると、相互誘導により２次側巻線１２５２に誘導起電力が発生し、２次側巻線１２５２から正極１２７２と負極１２７６との間に立ち上がり時の電圧Ｖの時間上昇率ｄＶ／ｄｔが著しく大きいパルス電圧が出力される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
なお、ＩＥＳ電源１２０４のより詳細な動作原理は、例えば、飯田克二、佐久間健：「ＳＩサイリスタによる極短パルス発生回路（ＩＥＳ回路）」，ＳＩデバイスシンポジウム講演論文集（２００２）に記載されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置であって、
流体が流れる流路を持つ構造体と、
前記流路の途中にあり、第１の流体通過面を横切り、前記第１の流体通過面の一部のみを占める第１の電極と、
前記流路の途中であって前記第１の電極より上流側にあり、第２の流体通過面を横切り、前記第２の流体通過面の一部のみを占める第２の電極と、
前記流路の途中であって前記第１の電極より下流側にあり、第３の流体通過面を横切り、前記第３の流体通過面の一部のみを占める第３の電極と、
第１の極と第２の極との間にパルス電圧を発生するパルス電源と、
前記第１の電極を前記第１の極に電気的に接続し、前記第２の電極及び前記第３の電極を前記第２の極に電気的に接続する接続線路と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極とが前記流路の軸方向に離隔して対向し、前記第１の電極と前記第３の電極とが前記流路の軸方向に離隔して対向するプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１のプラズマ処理装置において、
前記流路の軸方向から見て前記第２の電極と前記第３の電極とが重ならないプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のプラズマ処理装置において、
前記流路の軸方向から見て、前記第１の電極と前記第２の電極とが交差し、前記第１の電極と前記第３の電極の電極とが交差し、前記第１の電極と前記第２の電極との交差位置と前記第１の電極と前記第３の電極との交差位置とが重ならないプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかのプラズマ処理装置において、
前記第１の電極は、
表面が絶縁体からなり前記第２の電極及び前記第３の電極と対向する第１の放電部、
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかのプラズマ処理装置において、
前記第２の電極は、
表面が絶縁体からなり前記第１の電極と対向する第２の放電部、
を備え、
前記第３の電極は、
表面が絶縁体からなり前記第１の電極と対向する第３の放電部、
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかのプラズマ処理装置において、
前記第１の電極が陰極、前記第２の電極及び前記第３の電極が陽極であり、
前記第１の電極は、
前記第１の流体通過面の縁部にあって、前記接続線路により前記第１の極に接続される良導体が表面に露出する第１のプラズマグランディング部、
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれかのプラズマ処理装置において、
前記第１の電極が陽極、前記第２の電極及び前記第３の電極が陰極であり、
前記第２の電極は、
前記第２の流体通過面の縁部にあって、前記接続線路により前記第２の極に接続される良導体が表面に露出する第２のプラズマグランディング部、
を備え、
前記第３の電極は、
前記第３の流体通過面の縁部にあって、前記接続線路により前記第２の極に接続される良導体が表面に露出する第３のプラズマグランディング部、
を備えるプラズマ処理装置。
【国際調査報告】
2011065171.tif 000013
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